Жидкость замерзает когда давление

Замерзание и кипение растворов. Следствие из закона Рауля;

Жидкость замерзает тогда, когда давление пара над ней становится равным атмосферному. Для воды это происходит при 100 . Если же чистую воду и водный раствор (например, сахара) нагреть до 100 то вода закипит, а раствор — нет, так как согласно закону Рауля давление пара над раствором меньше, чем над чистым растворителем.

Чтобы раствор закипел, надо повысить давление пара над ним, то есть нагреть его до более высокой температуры. Следовательно, растворы кипят при более высокой температуре, чем чистый растворитель.

Установлено, что замерзают растворы, наоборот, при температуре более низкой, чем чистый растворитель (этот вывод можно сделать, анализируя диаграмму состояния раствора, приведенную на рис. 2)

Т

Рис.2. Диаграмма состояния раствора.

Следствие из закона Рауля.

Повышение температуры кипения и понижения температуры замерзания прямо пропорционально моляльной концентрации раствора m:

(1)

где — (2)

– моляльная концентрация растворенного вещества,

Е – эбулиоскопическая константа, К – криоскопическая константа.

Если = 1 моль/1000 г р-ля,

Эбулиоскопическая константа показывает, на сколько градусов выше, чем чистый растворитель, кипит одномоляльный раствор неэлектролита.

Если = 1 моль/1000 г р-ля,

Криоскопическая константа показывает, на сколько градусов ниже, чем чистый растворитель, замерзает одномоляльный раствор неэлектролита.

E и K зависят от природы растворителя, но не зависят от природы растворенного вещества

.

Подставим формулу (2) для моляльной концентрации в формулу (1) ⇒

Определение молекулярной массы растворенного вещества по повышению температуры кипения раствора называется эбулиоскопией.

Определение молекулярной массы растворенного вещества по понижению температуры замерзания раствора называется криоскопией.

Задача 2. В радиатор автомобиля налили 8 л воды и 2 л этилового спирта ( При какой наинизшей температуре можно после этого оставлять автомобиль на открытом воздухе?

Вода замерзает при 0 температура, при которой замерзнет раствор спирта, составит 0 – 8,09 = -8,09

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, растворы характеризуются как общими свойствами (которые иногда также называют коллигативными), так и свойствами, на которые влияет индивидуальная природа растворенных веществ. К общим свойствам относятся: осмотическое давление раствора, величина которого определяется по закону Вант-Гоффа; относительное понижение давления растворителя над раствором (закон Рауля); повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания раствора (следствие из закона Рауля). Законы Рауля и Вант-Гоффа строго выполняются лишь для идеальных растворов, к которым приближаются разбавленные растворы.

Замерзание и кипение растворов

Любая жидкость закипает, когда давление ее пара становится равным атмосферному давлению. Так как, согласно закону Рауля, давление пара над раствором ниже давления пера над чистым растворителем, то для того, чтобы раствор закипел, его надо нагреть до более высокой температуры, чем растворитель.

Замерзает раствор тогда, когда давление насыщенного пара его становится равным давлению насыщенного пара твердого растворителя (льда).

Таким образом, раствор кипит при более высокой температуре, а замерзает при более низкой температуре, чем чистый растворитель.

Повышение температуры кипения (ΔТ_кип) и понижение температуры замерзания (∆Т_зам) раствора прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества (следствие закона Рауля):

где ∆Т_зам – понижение температуры замерзания; ∆Т_кип – повышение температуры кипения; К_Т — криоскопическая константа; Э_Т – эбулиоскопическая константа; c_m(B) – моляльная концентрация раствора. Заменив в уравнениях c_m(B) его выражением по формуле для моляльной концентрации получим:

∆Т_зам = ; ∆Т_кип =

93.79.221.197 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Жидкость замерзает когда давление

Если же в Н₂О растворить какое-нибудь нелетучее вещество, то давление ее насыщенного пара понизится. Чтобы получившийся раствор закипел, необходимо нагреть его до температуры выше, чем 373,16K, т.к., только при таких условиях давление насыщенного пара растворителя снова станет равным атмосферному.

Замерзание или кристаллизация представляет собой физическое явление, сопровождающееся превращением жидкости в твердое вещество. Причем кристаллические структуры образуются во всем объеме жидкости.

Процесс замерзания начинается, если давление насыщенного пара над жидкостью становится равным давлению насыщенного пара над ее твердыми кристалликами.

Если внешнее (атмосферное) давление остается постоянным, а жидкость не содержит посторонних примесей, то в процессе кристаллизации температура охлаждаемой жидкости будет оставаться постоянной до тех пор, пока жидкая фаза полностью не превратится в твердую.

При атмосферном давлении равном 101,325 кПа дистиллированная вода замерзает при 0 о С (273,16K). Давление насыщенного пара воды надо льдом и жидкостью в этом случае равно 613,3 Па.

Для водного раствора давление насыщенного пара растворителя при 0 о С будет меньше чем 613,3 Па, а надо льдом остается неизменным. Опущенный в такой раствор лед будет быстро таять, вследствие конденсации над ним избыточного количества пара.

Лишь при понижении температуры снова можно уравнять давление насыщенного пара над жидкой и твердой фазой и вызвать процесс кристаллизации.

Опытным путем было установлено, что повышение температуры кипения (t_кип.) и понижение температуры замерзания раствора (t_зам.) по сравнению с чистым растворителем прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества. Математически это можно записать следующим образом:

где m – моляльная концентрация растворенного вещества; E и K – соответственно, эбуллиоскопическая (лат. ebbulio – выкипаю) и криоскопическая (греч. «криос» — холод) константы, значения которых зависят только от природы растворителя (табл. 7).

Таблица 7.ЭбуллиоскопическиеEи криоскопическиеKконстанты некоторых растворителей (град/моль)

Изменение температур кипения и замерзания растворов

Понижение давления пара над растворами приводит к тому, что они кипят и замерзают при температурах, отличающихся от соответствующих температур для чистых растворителей. Известно, что жидкость закипает, когда давление ее насыщенного пара становится равным внешнему давлению, а кристаллизация жидкости начинается в тот момент, когда давление ее насыщенных паров становится равным давлению над твердой фазой, в которую она переходит. Поэтому растворы кипят при более высоких температурах (t_{К р-ля}), а замерзают при более низких температурах (t_{З р-ля}), чем чистые растворители (t_{З р-ля}).

Второй закон Рауля

Повышение температуры кипения раствора (t_К) и понижение температуры замерзания раствора (t_З) по сравнению с чистым растворителем пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества.

Коэффициент пропорциональности Е называется эбулиоскопической постоянной растворителя. Она равна Δt_К для одномоляльного раствора любого неэлектролита в данном растворителе, то есть зависит от природы растворителя и не зависит от природы растворенного вещества.

Коэффициент пропорциональности К называется криоскопической постоянной растворителя. Она равна Δt_З для одномоляльного раствора любого неэлектролита в данном растворителе, то есть связана с природой растворителя и не зависит от природы растворенного вещества.

Значения К и Е для различных растворителей

Законы Рауля можно использовать для определения молекулярных масс (М_р-го) растворенных веществ:

Δt_К = Е ∙ С_м = Е ∙

Мр-го =

и аналогично по понижению температуры замерзания

М =

Осмос

Осмосом называют диффузию растворителя через полупроницаемую перегородку, разделяющую раствор и чистый растворитель или два раствора различной концентрации.

Осмотическое давление (Р_осм.) – это давление , которое нужно приложить к раствору, чтобы привести его в равновесие с чистым растворителем, отделенным о него полупроницаемой перегородкой.

Теоретическое выражение для осмотического давления получил Вант-Гофф, рассматривавший поведение частиц вещества в растворе аналогично поведению молекул газа, занимающего одинаковый с раствором объем.

Закон Вант-Гоффа

Осмотическое давление разбавленного раствора численно равно тому давлению, которое производило бы данное количество растворенного вещества, занимая в виде газа при данной температуре объем, равный объему раствора.

Осмотическое давление прямо пропорционально молярной концентрации раствора и температуре.

Закон Вант-Гоффа позволяет вычислить осмотическое давление раствора, если известны его концентрации и температура. Основанием для расчетов могут служить следующие рассуждения.

Если 1 моль газа заключить в сосуд емкостью 22,4 л, то при 0 о С давление окажется равным 1 атм. То же количество газа, помещенное в сосуд емкостью 1 л, окажет при той же температуре давление в 22,4 раза больше, то есть 22,4 атм. Переходя к осмотическому давлению, рассуждаем таким же образом. Если 1 моль растворенного вещества находится в22,4 л раствора, то осмотическое давление такого раствора при 0 о С равно 1 атм. То же количество растворенного вещества, находясь в 1 л раствора, создает осмотическое давление 1 л одномолярного раствора неэлектролита при 0 о С составляет 22,4 атм.

Замерзание и кипение растворов

Температура кипения и замерзания растворов зависит от давления пара над растворами.

Жидкость закипает при такой температуре, при которой давление насыщенного пара делается равным внешнему давлению. Но вследствие понижения давления пара над раствором, температура кипения раствора всегда выше, чем у чистого растворителя.

Замерзает жидкость при той же температуре, при которой давление пара вещества в твердом состоянии становится равным давлению пара над раствором, раствор будет замерзать при более низкой температуре, чем чистый растворитель.

Второе следствие закона Рауля. С увеличением концентрации раствора температура кипения повышается, а температура замерзания понижается прямо пропорционально его моляльности.

Криоскопическая и эбуллиоскопическая постоянные зависят только от природы растворителя и не зависят от природы растворенного вещества.

Свойства растворов электролитов

Электролиты — вещества, растворы или расплавы, которые проводят электрический ток.

Электролитами являются кислоты, основания и соли. По сравнению с металлами, проявляющими электронную проводимость и являющимися проводниками первого рода, электролиты относят к проводникам второго рода.

Электрическая проводимость растворов и расплавов электролитов обусловлена наличием в них положительно и отрицательно заряженных ионов, которые образуются из молекул или кристаллических веществ в результате распада их при растворении в воде или плавлении.

Электролитическая диссоциация — распад электролита на ионы в водных растворах или расплавах.

Причиной, вызывающей распад растворенного вещества на ионы, является интенсивное взаимодействие ионов с молекулами растворителя, т.е. сольватация ионов. Частный случай сольватации ионов есть гидратация, т.е. взаимодействие их с водой.

Впервые представление о гидратации ионов было введено Д.И. Менделеевым в его химической теории растворов. Дальнейшие исследования И.А. Каблукова и В.А. Кистяковского, а также теория электролитической диссоциации С. Аррениуса позволили объяснить свойства растворов электролитов.

Основные положения теории электролитической диссоциации для водных растворов:

• 1. При растворении в воде молекулы электролитов диссоциируют (распадаются) на положительно и отрицательно заряженные ионы. Ионы могут быть образованы из одного атома — простые ионы и нескольких атомов — сложные ионы.
• 2. Диссоциация — обратимый процесс. Как правило, он не протекает до конца, а в системе устанавливается динамическое равновесие, т.е. такое состояние, при котором скорость диссоциации равна скорости обратного процесса образования исходных молекул.

Количественная характеристика равновесного состояния диссоциации слабого электролита может быть получена также с использованием степени диссоциации б, которая показывает, какая часть молекул электролита в растворе распалась на ионы:

Значение б всегда меньше единицы. Умножая б на 100, получают долю ионизированных молекул в процентах.

Степень диссоциации б связана с константой диссоциации (К) соотношением:

где С — концентрация электролита в растворе.

Степень диссоциации электролита зависит от разбавления. Если растворитель удаляется из раствора, концентрация электролита увеличивается, ионы при этом снова соединяются, образуя недиссоциированные молекулы. Наоборот, при разбавлении степень диссоциации возрастает. При бесконечном разбавлении раствора (т. е. при концентрации близкой к нулю) электролиты полностью распадаются на ионы

3. Ионы в водном растворе находятся в хаотическом движении. Если в раствор электролита опустить электроды и приложить к ним электрическое напряжение, то ионы приобретают направленное движение: положительные ионы перемещаются к катоду (отрицательному электроду), а отрицательные ионы — к аноду (положительному электроду). Вследствие этого ионы получили названия: положительные — катионы, отрицательные — анионы.

Вопросы для самоконтроля:

Что называется раствором?

Охарактеризуйте способы выражения концентраций.

Как объяснить понижение растворимости газов с повышением температуры?

На чем основана экстракция вещества из раствора?

Чем можно объяснить, что растворение некоторых твердых веществ сопровождается выделением теплоты?

Какой может быть тепловой эффект при растворении жидкости в жидкости?

В 250 мл раствора KCl содержится 30 г растворенного вещества. Вычислите молярную и нормальную концентрацию этого раствора.